考虑单元劈裂的流-固耦合连续-非连续方法及定向水力压裂模拟

为了更真实地模拟水力压裂过程中的岩石变形、裂缝扩展及流体流动,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种流-固耦合方法。在该方法中,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展,流体流动满足立方定律。通过与单一裂缝非稳态渗流模型及KGD模型的理论解进行对比,验证了该方法的正确性。由定向射孔水力压裂的模拟结果可以发现,(1)距离射孔越远,流体压力越小;随着时间的增加,裂缝中流体压力降低。(2)随着射孔角度的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力及转向距离增加;随着x方向水平应力的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力增加;两个方向水平应力之差越大,裂缝转向距离越小。(3)随着时间的增加,裂缝区段数目的增速变慢,这与裂缝体积增加变快有关。     

动力应变局部化传播及尺寸效应数值模拟

采用 FLAC-3 D模拟了应变软化岩土材料局部化剪切带的发展、扩容对剪切带倾角的影响及试件的宽度效应。随着加载时步的增加 ,彼此孤立的两个应变场逐渐靠近、叠加 ,最终形成了剪切带网络。无论端面约束强或弱 ,剪切带的倾角的数值模拟结果都与罗斯科倾角比较接近。增加试样宽度 ,剪切带的宽度增加 ,剪切带变得不平直 ;宽度越大 ,岩样上端面中点的压应力 -加载时步曲线的峰值强度越大 ,宽度对弹性阶段没有大的影响     

基于一阶及二阶灰度梯度的散斑图质量评价方法

散斑图质量对数字图像相关(DIC)方法的测量精度具有重要的影响。以平均灰度梯度这一传统的散斑图质量评价参数作为基础,提出了一种新的评价参数——平均一阶及二阶灰度梯度商,该参数同时考虑了一阶和二阶灰度梯度。从整体上来说,一阶灰度梯度的曲面比较光滑,而一阶及二阶灰度梯度商的曲面比较粗糙。采用Zhou等人提出的方法制作了80张模拟散斑图,对这些模拟散斑图的传统参数和提出参数进行了计算。结果表明:当散斑半径相同时,随着散斑数量的增加,两种参数均先增加,后减小;当散斑数量一定时,二者均有一个峰值;散斑半径越大,提出参数的峰值越大,而传统参数的峰值越小。对提出参数的峰值所对应的4张散斑图进行了多次连续平动,并使用DIC方法测量了测点的水平位移。结果表明,在提出参数越大的散斑图上测点的水平位移误差越小,在一定程度上验证了提出参数的正确性。     

修正的子区分割法及剪切带的位移和应变的测量

为了利用数字图像相关(DIC)方法对剪切带的位移和应变进行测量,提出了一种修正的子区分割法。根据子区中心点的坐标和剪切带的倾角确定分割线,对分割后的两个子区分别进行搜索,并根据相关性较好的子区确定测点的位移。利用提出方法和传统DIC方法分别计算了源图片产生裂纹情形及变形产生剪切带情形下测点的位移和应变。结果表明,在裂纹及剪切带附近,修正的子区分割法的位移误差限分别为0.2像素及0.25像素,传统DIC方法的位移误差限分别高达3像素及0.6像素;在剪切带内,修正的子区分割法的剪应变误差限小于或等于传统方法的;修正的子区分割法具有较好的计算剪切带的位移和应变的能力。     

利用转动惯量取极小值的方法计算三维刚体重心

通过对转动惯量取极小值的方法求得三维刚体重心的解析解,采用最优铧理论可以获得三维刚体重心的数值解。     

岩石试件端面效应的变形局部化数值模拟研究

试件端面效应直接影响试件内的应力分布、试件破坏形式和剪切带图案。采用FLAC - 3D模拟了端面效应对岩石试件剪切带图案、速度场和位移场的影响。试样端部的缚束作用较强时 ,仅在试样中部出现X形的剪切带 ;反之 ,在试样端部出现了倾斜的剪切带。压头刚性越大 ,剪切带倾角越大。块体具有整体平移的特性 ,剪切带边缘位移梯度却较大 ,反映了块体沿剪切带发生滑动的剪切破坏本质。数值模拟结果可在众多的试验结果中找到佐证。